随着油气的开采不断向(超)深井、复杂地层拓展,钻井过程中的井控问题也日趋复杂。在气井钻井过程中,钻井液喷空的情形时有发生,对于裸眼段较长,井内无钻具或钻具不在井底的情形通常会考虑采用置换法压井。但目前对于置换法压井的理论研究尚不完善,工程施工基本靠经验进行缺少理论指导,极易造成井喷等重大事故。本文基于气液泛流理论提出了复合式置换法压井工艺,建立了压井参数计算模型,可以计算各压井阶段压井液最大泵入量、最大排气量、等待压井液下降时间、排气过程中的排气流量、压井过程中的套压及压井液泵入量变化,主要研究内容与成果如下。(1)分析了置换法压井和压回法压井工艺技术,针对置换法压井工艺的不足,提出了复合式置换法压井工艺。复合式置换法压井工艺结合了动态置换法压井和置换法压井的特点,从等待压井液下降时间、排气时间、动态置换法压井液泵入时间等方面入手,合理的确定各压井参数使得压井时间最小化。(2)基于置换法压井过程中井内压力的变化规律,建立了各压井阶段最大泵入压井液量和最大排气量的计算公式,完善了置换法压井的基础理论。实例计算结果表明:在压井时,考虑气体密度的影响,前期最大泵入压井液量的主导因素是井内增加的液柱压力,随着气体逐渐排出主导因素变为气体的可压缩体积。对于排气阶段最大排气量前期主要由压井液增加的液柱压力决定,后期由气体的可膨胀体积决定。(3)结合气体携液理论,建立了压井液下降速度模型与临界排气流量模型,并推导了压井时间与排气流量之间的关系式。通过计算发现,当排气速度控制在临界排气流量附近时,压井所用的时间最短。同时,参考动态置换法压井理论,建立了在考虑气体密度影响下的动态置换法压井计算模型。以压井时间作为桥梁,将置换法压井与动态置换法压井技术结合起来,形成了复合式置换法压井理论。通过实例计算分析可得,与动态置换法压井技术和静态置换法压井技术相比,复合式置换法压井缩短了压井时间。并根据复合式置换法压井工艺特点及计算实例,提出了降低压井风险的措施。本文中各参数计算方法清晰,能够用于指导现场压井施工。(4)利用MATLAB7.0编写了复合式置换法压井计算软件。该软件可以求解各个压井阶段的压井液最大泵入量、最大排气量、最佳排气流量、等待压井液下降时间、排气时间等参数。能够计算动态置换法压井的压井液最大泵入排量以及各时刻的套压和压井液泵入量。